WO2006037581A1 - Drive train for a motor vehicle comprising an electric machine - Google Patents

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WO2006037581A1
WO2006037581A1 PCT/EP2005/010615 EP2005010615W WO2006037581A1 WO 2006037581 A1 WO2006037581 A1 WO 2006037581A1 EP 2005010615 W EP2005010615 W EP 2005010615W WO 2006037581 A1 WO2006037581 A1 WO 2006037581A1
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capacitor
stator
electric machine
electrical machine
power electronics
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PCT/EP2005/010615
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Marcus Heller
Jens Ranneberg
Sven Rolle
Wolfgang Schwienbacher
Yehia Tadros
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Daimlerchrysler Ag
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Definitions

  • the invention relates to a drive train for a Fahrze'ug according to the closer defined in the preamble of claim 1 and an electric machine for a vehicle according to the closer defined in the preamble of claim 6 Art.
  • a generic powertrain is described by the publication Y. Tadros et al; "Ring Shaped Motor - Integrated Electric Drive for Hybrid Electric Vehicles", 10th European Conference on Power Electronics and Applications, Toulouse, 2003.
  • an electric machine is integrated in a converter bell between the combustion engine and the transmission, in addition to a conventional clutch Machine, which may be formed according to DE 102 07 486 Al, has an integrated power electronics, which is cooled together with the stator of the electric machine.
  • the heating of the electrical machine during commissioning also exposes the annular capacitor to very high levels of thermal stress.
  • thermally highly loaded electrical machines such as those of a drive train, which must deliver highly dynamic power profiles, and which are often switched on and off
  • the so-called Schoop harsh on the capacitor, which serves for its electrical contact can easily get (micro) cracks due to the load, whereby the capacitor is unusable.
  • the expansion of the capacitor which is most likely to express itself as an extension in the direction of its circumference, may deteriorate or lose contact with the cooling of the stator. The thus no longer or only badly cooled condenser thus heats up even faster, which is still the contact further deteriorated. This can eventually lead to a failure of the capacitor, as this will be too hot.
  • the cooling of the electric machine typically takes place via the cooling circuit of the internal combustion engine.
  • the passive cooling and heating of the electric machine by the depending on the load state of the engine different cool or warm cooling water for the thermal load on the power electronics and in particular of the capacitor, with the above-mentioned disadvantages plays a crucial role.
  • EP 1 418 660 A1 discloses an electrical machine in which each winding of the stator is assigned a unit with power electronics. These units are distributed on flat surfaces around the circumference of the stator and are cooled by cooling channels together with this.
  • a fluid-cooled electric machine of similar construction is also known from DE 101 12 799 C1, in which cooling elements of the power electronics protrude into a channel surrounding the stator for the cooling fluid.
  • stator, capacitor and power electronics allows excess heat to be dissipated very easily and efficiently, which largely avoids thermal stress for the integrated structure of stator, capacitor and power electronics. Furthermore, the effort with regard to a modification of the vehicle cooling circuit is minimized since only a single further component to be cooled, namely the integrated structure, is minimized Stator, capacitor and power electronics, must be cooled.
  • the drive train according to the invention thus makes it possible to change the additional drive by an electric machine without having to change essential parts of the conventional drive train for this purpose.
  • This makes it very simple and efficient possible to realize a hybrid drive concept for a vehicle with an electric machine that can be used as a motor and generator without having to change the previously customary powertrain in terms of shape and size.
  • the drive train according to the invention can thus be easily integrated in conventional vehicles, without the need for constructive modifications of the drive train and its recordings, etc.
  • the individual layers can have different dimensions in the axial direction of the electric machine and are thus easily adapted to the slope of the usually in trapezoidal cross-section transducer bell.
  • the layered structure also allows the power electronics, which must be cooled, are arranged in the layer facing the stator, while the overlying oblique uncooled space for cooling uncritical electronics can be used to control the power electronics.
  • the at least partial interruptions in the extent of the capacitor running around the circumference of the electrical machine ensure that it works safely and reliably despite the inevitably occurring thermal loads.
  • the capacitor disposed around the periphery of the electric machine will inevitably heat up during operation.
  • thermally induced changes in its extent occur time and again. Due to the integration of the capacitor around the circumference of the electric machine or the stator of the same, it is mainly in the direction of the circumference of the capacitor, which may be formed in particular annular, to considerable thermally induced changes in length. These changes in length lead to strong material stresses, especially in the metallic materials, such as the Schoop harsh of the capacitor, since these are not comparable have high elasticity, such as the polymeric films of a film capacitor.
  • the capacitor according to the features in the characterizing part of claim 8 is formed.
  • the capacitor which can be wound in a particularly favorable manner as a single film capacitor and then interrupted, then has only comparatively short lengths, so that the thermally induced change in length does not lead to a defect.
  • the individual sub-elements of the capacitor are contacted via the busbar.
  • the busbar can have length compensation elements of different design.
  • busbar can be protected from damage by thermal expansions.
  • length compensation elements in the area of interruptions creates a sufficiently flexible in length and very well-working construction.
  • the term Schoop layer is understood as meaning the layer forming the respective electrical pole.
  • the respective faces of the foils on each side are joined together by spraying liquid metal. After curing, this sprayed metal then forms the respective contact surface, the so-called Schoop layer.
  • These Schoop Anlagenen formed on the axial side surfaces of the capacitor are distributed to the circumference of the capacitor, several times each completely interrupted. Also arise as expansion joints, which comparable to the above already shown, caused by thermal expansion (micro) cracks in the Schoop layer and thus prevent the mechanical damage to the capacitor by the thermal load, in particular the highly dynamic thermal cycling load.
  • the circulating clamping band always presses the capacitor or its subelements onto the stator or the cooling of the stator. If the preload is chosen to be sufficiently large, can thus be achieved even with appropriate heating and stretching of the capacitor always a reliable contact of the capacitor with the stator or the cooling of the stator. The permanent cooling of the capacitor under all circumstances of the operation is thus ensured.
  • Another advantage of the polygonal range is that a modular design can be achieved with similar modules of the power electronics.
  • the adaptation to the size or performance of the electric machine is then done only by selecting the number of sections, e.g. 6-angular, 8-angular or 12-angular.
  • the same modules of the power electronics can then be installed on the flat surfaces of the individual sections or at least some of the sections, regardless of the size of the electrical machine.
  • this can increase the number of units of the same modules across different sized electrical machines, which in turn reduces the cost of such module.
  • Converter bell and gearbox shows a possible interconnection of power electronics and a capacitor;
  • Fig. 3 shows another possible interconnection of
  • FIG. 5 is a schematic representation of a possible
  • FIG. 6 shows a possible embodiment of the interruptions of a Schoop harsh of the capacitor.
  • Fig. 7 shows an alternative possible embodiment of
  • Fig. 8 shows a possible embodiment of the interruptions of the capacitor
  • Fig. 9 shows a possible embodiment of a current-conducting
  • Busbar with length compensation elements 10 shows a possible structure of an arrangement of
  • FIG. 11 shows a possible arrangement of power electronics modules to a smaller electric machine
  • Fig. 12 shows a possible arrangement of power electronics modules to a larger electric machine
  • FIG. 13 shows a possible arrangement of the power electronics and of the capacitor around the electric machine in an axial sectional view.
  • a section of a drive train 1 can be seen in a schematic plan view. This comprises in its essential part an internal combustion engine 2 and a transmission 3.
  • a converter bell 4 In between a converter bell 4 is arranged, in which a drive shaft 5 for driving the transmission 3 through the internal combustion engine 2 extends.
  • a coupling device 6 for separating the connection between the internal combustion engine 2 and the transmission 3 is also arranged in the converter bell 4.
  • an electric machine 7 is arranged in the converter bell 4.
  • the vehicle provided with the drive train 1 can be driven in its motor operation.
  • the electric machine 7 can also generate electrical energy and in a suitable storage device, such as a battery and / or a Hoch ⁇ power capacitor (supercap), feed back.
  • a suitable storage device such as a battery and / or a Hoch ⁇ power capacitor (supercap)
  • feed back Typically, such a drive train 1 is used in a hybrid vehicle.
  • the electric machine itself would also be suitable for other ticks, for example for driving a fuel cell vehicle.
  • a converter 8 is shown with reference to its circuit diagram. Essentially, this consists of the power electronics and a Kondenstor 9, the so-called DC link capacitor.
  • the power electronics in turn consist in the core of semiconductor switches 10 and diodes 11. It includes several so-called bridge arms 12, which in the circuit according to FIG. 2 each one of the Motor ⁇ windings 13 respond.
  • the switches 10 of the power electronics are in each case actuated via the so-called gate drive units GDU 14, of which only one is shown here by way of example. Together with a control unit 15, these GDUs 14 thus form the electronics for controlling the power electronics, in which case a sensor 16 is also indicated, which supplies the control unit with feedback from the area of the electric machine 7 or the motor windings 13.
  • This structure is connected between the electric machine 7 and an electrical power source 17 for this.
  • the energy source 17 can be, for example, a battery and / or a high-performance capacitor and / or a fuel cell.
  • a comparable structure can be seen. This can be used for example to control electric machines 7 with a larger power.
  • the control of each of the motor windings 13 takes place here by two or more bridge branches 12 in order to cope with the corresponding higher to be switched power.
  • the entire converter 8 is independent of its electrical interconnection, as stated above, integrated into the electric machine 7. This results in considerable advantages in terms of space requirements, costs, wiring and Elektro ⁇ magnetic compatibility (EMC).
  • the restrictive space conditions require partially unconventionally shaped components.
  • the capacitor 9 In order to integrate the capacitor 9 as compactly as possible into the electric machine 7, it can be designed as a condenser 9 of annular design, for example, as shown in FIG.
  • the condenser 9 must be cooled to a high To allow current carrying capacity. It is therefore mounted circumferentially on the outer circumference of a cooled support 18, which carries on its inside the not shown Motor ⁇ windings 13 of the stator of the electric machine 7.
  • the cooled carrier 18 represents both the cooling for the capacitor 9 and for the stator. However, the carrier 18 has a different thermal expansion behavior than the capacitor 9.
  • the bias voltage is to be chosen sufficiently large that the capacitor 9 is always pressed onto the carrier 18 under all conceivable temperature conditions and the lengthwise extension of capacitor 9, carrier 18 and clamping band 19 dependent thereon.
  • the capacitor 9 would be subject to considerable temperature changes with the thermal expansions associated therewith, which are particularly in the direction of its greatest extent, ie in the direction of the circumference make noticeable, subject.
  • a layer of a permanently elastic, highly heat-conductive material for example a so-called silpad, can be applied between the condenser 9 and the cooled surface of the support become. This also achieves an increase in the thermal cycle stability.
  • the capacitor 9, as an alternative to the representations chosen here could also be cooled on its outer circumference. However, the same is true here too.
  • the capacitor 9 may consist of a plurality of corresponding metallized film layers 20 which are slightly offset directly on the support 18 are wound one above the other. Each of the side edges of the capacitor 9 is then provided with a layer which interconnects electrically and mechanically in each case half of the films, the so-called Schoop layer 21.
  • This Schoop layer 21 may for example consist of liquid mich ⁇ injected and then cured metal. The electrical contacting of the capacitor 9 takes place via the Schoop layer 21, whereby one Schoop layer 21 is connected to the positive pole, the other to the negative pole of the power source 17.
  • the relatively elastic films 20 are more likely to take no damage.
  • Such continuous radial interruptions 22 are indicated by way of example in FIG. This as an expansion joint functioning interruption 22 allows the capacitor 9 to respond to thermal AC voltages accordingly, without this or its Schoop layer 21 is destroyed.
  • the continuous interruption 22 of the embodiment according to FIG. 6 subdivides the Schoop layer 21 of the capacitor 9 into a plurality of individual regions 21a, 21b,... Of the Schoop layer 21. However, since this simultaneously represents the electrical contacting of the capacitor 9, the individual regions 21a , 21b, ... via an electrically conductive busbar 23 with length compensation elements 24, which is not shown here, but which will be discussed in more detail later, are interconnected.
  • FIG. 7 An alternative embodiment for this purpose is schematically indicated in FIG.
  • the interruptions 22 shown there are only formed as partial interruptions 22, so that each part of the Schoop layer 21 is maintained in the radial direction. If, as indicated in FIG. 7, at least three of the partial interruptions 22 are respectively grouped accordingly, the shoop layer 21 assumes a meandering configuration in this area. Thus, a compensation of the cyclic expansions due to the thermal cycling can be done without the Schoop layer 21 must be completely interrupted.
  • FIG. 8 shows a further alternative embodiment of the interruptions 22.
  • the individual sub-elements 9a, 9b, ..., which, for example, by separating a wound as a ring capacitor 9th are available are applied analogously to those already carried out on the carrier 18 and tensioned by means of the clamping band 19 against this.
  • the clamping band 19 and the already mentioned electrically conductive busbar 23, which of course is also necessary here, are more clearly visible in FIG.
  • the strap 19 includes as the outermost layer, the busbar 23, which each has a single rail 23+, 23- for each electrical pole.
  • the individual rails 23+, 23- are in each case connected to one of the Schoop layers 21 of the partial elements 9a, 9b,... Of the capacitor 9. If the individual rails 23+, 23-, as here above each other, further electrical insulation 25 is provided between them.
  • the clamping band 19 is formed of an electrically conductive material. However, this must then be electrically insulated from at least one pole of the capacitor 9. It has been shown that such a construction with an electrically conductive strap 19 has a positive effect on the inductive behavior and the EMC of the electrical machine (7) or its power electronics.
  • length compensation elements 24 are provided. In the embodiment shown here they protrude into the interruptions 22 between the sub-elements 9a, 9b,... Of the condenser 9.
  • the length-compensating elements 24 thus have sections 26 which extend substantially in the radial direction of the electric machine 7. On their side facing away from the main surface of the busbar 23, the sections 26, radially offset from the busbar 23, ensure the electrical connection between the individual areas of the busbar 23. If it comes to itself typically above all in the circumferential direction of the busbar 23 expressing thermal Induced expansions, they are absorbed by an elastic deformation of the length compensation elements 24.
  • the length compensation elements 24 the tolerances and thermal expansion in the interruptions 22 between the Generalele ⁇ nenten 9 a, 9 b, ... of the capacitor 9 can be compensated in the radial direction.
  • This arrangement also saves space and the busbar 23 can equalize the forces acting on the capacitor 9 or its sub-elements 9a, 9b, ... forces.
  • the power electronics in the radial direction on the outside of the carrier 18, for example in the axial direction of electric machine 7 is arranged offset next to the capacitor 9, as can be seen in Fig. 10.
  • the carrier 18 is designed in this area as a polygon 27 that has a plurality of preferably flat surfaces 28. At least some of the surfaces 28 of the polygon 27 are equipped with power electronics modules 29, - not all surfaces 28 must be equipped. Due to the planar design of the surfaces 28, the components of the power electronics (switch 10, diodes 11) "over the entire surface and are thus very well cooled by the cooling in the carrier 18.
  • the power electronics modules 29 can, for example
  • ⁇ inductive components such as chokes
  • ⁇ electrical filter components such as Y-capacitors or common mode chokes
  • Cooled connection points such as terminals for AC or DC connections
  • ⁇ PCBs with bus couplers such as for communication via CAN bus;
  • DC-DC converters so-called DC / DC converters, for feeding the 12V on-board network of the power electronics control or for the redundant supply of safety-relevant consumers;
  • the placement may be done with a minimum number of power electronics modules 29, e.g. three for an electric machine 7 small power, as has been explained as interconnection in Fig. 2.
  • the remaining surfaces 28 of the polygon 27 can then carry other, not directly necessary for the control of the electric machine 7 electronic modules or remain empty.
  • the assembly for an electric machine 7 greater power for example, with twice the number of power electronics modules 29, so six pieces done.
  • the power electronics modules 29 are then either connected in parallel or each bridge branch 12 is connected to one end of one of the motor windings 13, whereby so-called "open windings" are realized.
  • the carrier 18 has an annular and a polygonal region 27, which are arranged next to one another in the axial direction of the electric machine 7.
  • the capacitor 9 and the power electronics in the form of the (power) electronic modules 29 already described are distributed in the radial direction around the circumference in the radial direction.
  • the capacitor 9 to be recognized on the right in FIG. 10 has its circumference distributes some radial interruptions 22 of its Schoop layer 21, which are not visible in Fig. 14, however.
  • the sub-elements 9a, 9b,... Of the condenser 9 are contacted via two juxtaposed parts 23+, 23- of the electrical busbar 23.
  • the length compensation elements 24 of the busbar 23 extend with their sections 26 in the axial direction to the electric machine 7. They can simultane- ously in the area in which they approach the (power) electronics modules 29, an electrical contact to have this. The length of the connecting cables is thus further reduced.
  • FIGS. 11 and 12 a schematically indicated electrical machine 7 can be seen in cross-section.
  • the construction of the stator S and the cooled carrier 18 is shown here as a part.
  • the construction of the stator S and the cooled carrier 18 is shown here as a part.
  • a polygon 27 having six faces 28, a large diameter electric machine 7, a polygon 27 having eight or twelve faces 28 may be used. Even polygons 27 with other surface numbers are of course possible.
  • identical (power) electronic modules 29 for different designs and sizes of electric machines 7 can be used, with ideal cooling due to the flat contact surface, and thus cheaper (in large quantities).
  • the polygon 27 can be designed as a receptacle for the (power) electronics modules 29 separated from the stator and / or the carrier 18 for the capacitor.
  • the stator may also be embodied in its outer contour as a polygon 27 or as a polygonal carrier 18 with additional cooling channels. The possibility of segmenting the stator remains unaffected. If the polygon 27 is separable from the stator, it can be equipped with the power electronics before mounting the stator. This allows the entire power electronics to be tested before the stator is mounted.
  • the carrier 18 is, as already mentioned several times, carried out cooled. He may have either self-contained cooling channels, or the surfaces 28 of the polygon 27 may limit the cooling channels. If, in such a structure, individual surfaces 28 of the polygon 27 are unused, blind elements for closing the unused openings in the cooling circuit of the carrier 18 are of course necessary. If the surfaces 28 are now formed together with the (power) electronic modules 29 as one component, one can influence the subsequent cooling of the (power) electronics modules 29 very easily. Thus, surfaces 28 having a high cooling requirement can be cooled more directly and more intensively by arranging structures for reducing the thermal contact resistance, for example in the form of cooling fins, etc., on the side of the surface to be cooled 28 facing the coolant.
  • areas 28 with less need for intensive cooling will not have such structures.
  • the more intensively cooled surfaces 28 are commonly used for the high power dissipation power electronic devices.
  • the less intensively cooled surfaces 28 can be used for the indirect cooling of the components with a lower power loss density, eg sensor technology, control of the power electronics, etc.
  • An adaptation of the structures on the side facing the coolant according to the expected loss power density is easily possible.
  • structures can be saved in places with low cooling power required, which brings manufacturing advantages and a reduction of the flow resistance in the coolant flow with it.
  • the polygon 28 can also have surfaces 28 of different lengths, as shown in FIG. 10. Due to the different angular pitch of the polygon 27, for example, 6 sections over each 40 ° and 6 sections over 20 °, even with smaller electric machines 7 at least some areas 28 are reached which provide sufficient space for, for example, one of the bridge branches 12.
  • FIG. 13 Under the sloping space restriction 32 through the transducer bell 4 (not shown here), the flat portion of the power electronics, i. the ceramic substrate 33 with the bonded chips (switch 10 and diodes 11), positioned as far as possible under the slope and the associated electronics for driving and the GDU 14 in one or more axially to the electric machine 7 shortened and / or offset overlying layers 34th adapted to the slope 32.
  • the layers 34 may also come to lie partially over the capacitor 9. This can lead to an increased length of the control lines due to lack of coverage of substrate and control electronics, but saves space.

Abstract

The invention relates to a drive chain for a vehicle comprising a conversion bell which is arranged between an internal combustion engine and a gear, which is transversed by the drive shaft, and contains a coupling device and an electric machine provided with a converter which comprises at least one capacitor (9) and power electronics (29). According to the invention, the capacitor and the power electronics are arranged in a distributed manner in the radial direction about the external periphery of the electric machine between the stator of the electric machine and the conversion bell. The capacitor (9) and the power electronics (29) are in heat-conducting contact for cooling the stator of the electric machine.

Description

Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit elektrischer Maschine Powertrain for a vehicle with electric machine
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Fahrze'ug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art sowie eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 6 näher definierten Art.The invention relates to a drive train for a Fahrze'ug according to the closer defined in the preamble of claim 1 and an electric machine for a vehicle according to the closer defined in the preamble of claim 6 Art.
Ein gattungsgemäßer Antriebsstrang wird durch die Veröffentlichung Y. Tadros et al; „Ring Shaped Motor- Integrated Electric Drive for Hybrid Electric Vehicles"; 10th European Conference on Power Electronics and Applications; Toulouse, 2003 beschrieben. Dabei wird in eine Wandlerglocke zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe neben eine hier übliche Kupplung eine elektrische Maschine integriert. Die derartige elektrische Maschine, welche gemäß der DE 102 07 486 Al ausgebildet sein kann, weist eine integrierte Leistungselektronik auf, welche zusammen mit dem Stator der elektrischen Maschine gekühlt ist.A generic powertrain is described by the publication Y. Tadros et al; "Ring Shaped Motor - Integrated Electric Drive for Hybrid Electric Vehicles", 10th European Conference on Power Electronics and Applications, Toulouse, 2003. In this case, an electric machine is integrated in a converter bell between the combustion engine and the transmission, in addition to a conventional clutch Machine, which may be formed according to DE 102 07 486 Al, has an integrated power electronics, which is cooled together with the stator of the electric machine.
Durch die Anbindung der Leistungselektronik an den Stator bzw. an dessen Kühlung in axialer Richtung der elektrischen Maschine wird diese jedoch in axialer Richtung relativ dick und benötigt entsprechend viel Bauraum. Insbesondere bei Hybridantreiben stellt die Bauraumanforderung von derartigen kurzen und dicken elektrischen Maschinen einen echten Nachteil dar.Due to the connection of the power electronics to the stator or to the cooling in the axial direction of the electric machine, however, this is relatively thick in the axial direction and requires a corresponding amount of space. Especially in hybrid driving, the space requirement of such short and thick electric machines are a real disadvantage.
Die DE 103 25 527 Al beschreibt eine Integration der Leistungselektronik samt eines Zwischenkreiskondensators in die elektrische Maschine, wobei je nach Bauform und Baugröße verschiedene Arten von Leistungselektronik und Kondensator eingesetzt werden.DE 103 25 527 A1 describes an integration of the power electronics together with a DC link capacitor into the electrical machine, wherein different types of power electronics and capacitor are used depending on the design and size.
Zumindest bei kleineren elektrischen Maschinen entsteht dabei jedoch das Problem, dass die Leistungselektronik typischer¬ weise flach und nicht gerundet ausgebildet ist. Mit abnehmender Größe der elektrischen Maschine wird so die Kontaktfläche zwischen Leistungselektronik und Stator und damit die Kühlung verschlechtert .At least with smaller electric machines, however, there arises the problem that the power electronics are typically flat and not rounded. With decreasing size of the electric machine so the contact area between power electronics and stator and thus the cooling is deteriorated.
Außerdem wird der ringförmige Kondensator durch die Erwärmung der elektrischen Maschine bei Inbetriebnahme ebenfalls sehr starken thermischen Belastungen ausgesetzt. Zumindest beim Einsatz in thermisch hoch belasteten elektrischen Maschinen, wie z.B. denen eines Antriebsstranges, welche hochdynamische Leistungsprofile liefern müssen, und welche häufig ein- und ausgeschaltet werden, kommt es zu hohen Belastungen des Kondensators durch thermische Ausdehnungen, insbesondere in Richtung des Umfangs. Die so genannte Schoopschicht auf dem Kondensator, welche zu seiner elektrischen Kontaktierung dient, kann durch die Belastung sehr leicht (Mikro-)Risse bekommen, wodurch der Kondensator unbrauchbar wird. Des weiteren kann durch die Ausdehnung des Kondensators, welche sich typischerweise als Verlängerung in der Richtung seines Umfangs am stärksten äußert, der Kontakt zu der Kühlung des Stators verschlechtert werden oder ganz verloren gehen. Der somit nicht mehr oder nur noch schlecht gekühlte Kondensator erwärmt sich somit noch schneller, was den Kontakt noch weiter verschlechtert. Dies kann letztendlich zu einem Ausfall des Kondensators führen, da dieser zu heiß werden wird.In addition, the heating of the electrical machine during commissioning also exposes the annular capacitor to very high levels of thermal stress. At least when used in thermally highly loaded electrical machines, such as those of a drive train, which must deliver highly dynamic power profiles, and which are often switched on and off, it comes to high loads of the capacitor due to thermal expansion, especially in the direction of the circumference. The so-called Schoopschicht on the capacitor, which serves for its electrical contact, can easily get (micro) cracks due to the load, whereby the capacitor is unusable. Further, the expansion of the capacitor, which is most likely to express itself as an extension in the direction of its circumference, may deteriorate or lose contact with the cooling of the stator. The thus no longer or only badly cooled condenser thus heats up even faster, which is still the contact further deteriorated. This can eventually lead to a failure of the capacitor, as this will be too hot.
Im Spezialfall des Antriebsstranges- erfolgt die Kühlung der elektrischen Maschine typischerweise über den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors. Somit spielt auch die passive Kühlung und Erwärmung der elektrischen Maschine durch das je nach Lastzustand des Verbrennungsmotors unterschiedlich kühle bzw. warme Kühlwasser für die thermische Belastung der Leistungselektronik und insbesondere des Kondensators, mit den oben bereits genannten Nachteilen eine entscheidende Rolle.In the special case of the drive train, the cooling of the electric machine typically takes place via the cooling circuit of the internal combustion engine. Thus, the passive cooling and heating of the electric machine by the depending on the load state of the engine different cool or warm cooling water for the thermal load on the power electronics and in particular of the capacitor, with the above-mentioned disadvantages plays a crucial role.
Ferner ist aus der EP 1 418 660 Al eine elektrischen Maschine bekannt, bei welcher jeder Wicklung des Stators eine Einheit mit Leistungselektronik zugeordnet ist. Diese Einheiten sind dabei auf ebenen Flächen um den Umfang des Stators verteilt und werden durch Kühlkanäle zusammen mit diesem gekühlt . Auch aus der DE 101 12 799 Cl ist eine fluidgekühlte elektrische Maschine ähnlichen Aufbaus bekannt, bei welcher Kühlelemente der Leistungselektronik in einen den Stator umgebenden Kanal für das Kühlfluid hineinragen.Furthermore, EP 1 418 660 A1 discloses an electrical machine in which each winding of the stator is assigned a unit with power electronics. These units are distributed on flat surfaces around the circumference of the stator and are cooled by cooling channels together with this. A fluid-cooled electric machine of similar construction is also known from DE 101 12 799 C1, in which cooling elements of the power electronics protrude into a channel surrounding the stator for the cooling fluid.
Hierbei stellt sich die Problematik, dass ein Zwischen- kreiskondensator nach wie vor außerhalb der elektrischen Maschine angeordnet werden muss. Aufgrund der den Leitungs¬ elementen zu seiner Verbindung immanenten Induktionen kommt es hier jedoch zu erheblichen Problemen mit auftretenden Spannungsspitzen, welche die Bauteile der Leitungselektronik, und hier insbesondere die Halbleiterschaltelemente, sehr leicht schädigen können. Es ist daher die Aufgabe der oben genannten Erfindung die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und einen sehr kompakten elektrischen Motor, zu alleinigen Verwendung oder zur Integration in einen Antriebsstrang zu schaffen, welcher sehr kompakt ausgebildet ist und auch unter hohen thermischen Wechsel-Belastungen sicher betrieben werden kann.This raises the problem that an intermediate circuit capacitor still has to be arranged outside the electrical machine. However, because of the inductions inherent in the line elements for their connection, considerable problems arise here with occurring voltage peaks, which can very easily damage the components of the line electronics, and here in particular the semiconductor switching elements. It is therefore the object of the above-mentioned invention to avoid the disadvantages described and to provide a very compact electric motor, for sole use or integration into a drive train, which is very compact and can be safely operated even under high thermal cycling loads ,
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst .According to the invention this object is achieved by a drive train with the features in the characterizing part of claim 1.
Durch die Integration sowohl der elektrischen Maschine in die Wandlerglocke als auch der Leistungselektronik und des Kondensators in die elektrische Maschine, kann ein sehr kompaktes elektrisches Antriebsmodul in dem Antriebsstrang erreicht werden. Dafür spielt einerseits die gemeinsame Kühlung von Stator, Kondensator und Leistungselektronik eine Rolle, da dies eine derart kompakte elektrische Maschine überhaupt erst ermöglicht. Andererseits spielt vor allem auch die Anordnung der Leistungselektronik und des Kondensators in radialer Richtung um den Stator bzw. die Kühlung desselben eine entscheidende Rolle, da nur so eine insbesondere in ihrer axialen Ausdehnung ausreichend kompakte elektrische Maschine erreicht werden kann.By integrating both the electrical machine in the converter bell and the power electronics and the capacitor in the electric machine, a very compact electric drive module can be achieved in the drive train. On the one hand, the common cooling of the stator, capacitor and power electronics plays a role, since this makes such a compact electric machine possible in the first place. On the other hand, above all, the arrangement of the power electronics and the capacitor in the radial direction about the stator or the cooling of the same plays a decisive role, since only in this way can an electrical machine which is sufficiently compact, in particular in its axial extent, be achieved.
Durch die gemeinsame Kühlung von Stator, Kondensator und Leistungselektronik kann überschüssige Wärme sehr leicht und effizient abgeführt werden, wodurch thermischer Stress für den integrierten Aufbau aus Stator, Kondensator und Leistungselektronik weitgehend vermieden wird. Ferner wird der Aufwand hinsichtlich einer Modifikation des Fahrzeug¬ kühlkreislaufes minimiert, da nur eine einzige weitere zu kühlenden Komponente, nämlich der integrierte Aufbau aus Stator, Kondensator und Leistungselektronik, gekühlt werden muss.The combined cooling of the stator, capacitor and power electronics allows excess heat to be dissipated very easily and efficiently, which largely avoids thermal stress for the integrated structure of stator, capacitor and power electronics. Furthermore, the effort with regard to a modification of the vehicle cooling circuit is minimized since only a single further component to be cooled, namely the integrated structure, is minimized Stator, capacitor and power electronics, must be cooled.
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang erlaubt es so, ohne dass hierzu wesentliche Teile des herkömmlichen Antriebsstranges geändert werden müssen, den zusätzlichen Antrieb durch eine elektrische Maschine zu ermöglichen. Damit wird es sehr einfach und effizient möglich ein hybrides Antriebskonzept für ein Fahrzeug, mit einer als Motor und Generator verwend¬ baren elektrischen Maschine zu realisieren, ohne dass dafür der bisher übliche Antriebsstrang in Formgebung und Größe geändert werden muss. Der erfindungsgemäße Antriebsstrang kann somit in herkömmlichen Fahrzeugen, ohne das Erfordernis von konstruktiven Veränderungen des Antriebsstrangs und dessen Aufnahmen etc., leicht integriert werden.The drive train according to the invention thus makes it possible to change the additional drive by an electric machine without having to change essential parts of the conventional drive train for this purpose. This makes it very simple and efficient possible to realize a hybrid drive concept for a vehicle with an electric machine that can be used as a motor and generator without having to change the previously customary powertrain in terms of shape and size. The drive train according to the invention can thus be easily integrated in conventional vehicles, without the need for constructive modifications of the drive train and its recordings, etc.
Gemäß e.iner besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges ist es vorgesehen, diesen gemäß den Merkmalen im kennzeichnenden Teil von Anspruch 2 auszubilden.According e.inericularly advantageous development of the drive train according to the invention, it is provided to form this according to the features in the characterizing part of claim 2.
Durch die Anordnung des Kondensators und der Leistungs- elektronik sowie der Elektronik zur Ansteuerung der Leistungselektronik in den wenigstens zwei Schichten übereinander, kann eine sehr gute Ausnutzung des vorhandenen Bauraums in der Wandlerglocke erreicht werden. Die einzelnen Schichten können dabei in axialer Richtung der elektrischen Maschine unterschiedliche Abmessungen aufweisen und sind somit an die Schräge der im Querschnitt üblicherweise trapezförmigen Wandlerglocke leicht anzupassen. Durch den schichtweisen Aufbau kann außerdem die Leistungselektronik, welche gekühlt werden muss, in der dem Stator zugewandten Schicht angeordnet werden, während der darüber liegende schräge ungekühlte Bauraum für hinsichtlich einer Kühlung unkritische Elektronik zur Ansteuerung der Leistungs¬ elektronik genutzt werden kann.The arrangement of the capacitor and the power electronics and the electronics for controlling the power electronics in the at least two layers one above the other, a very good utilization of the available space in the converter bell can be achieved. The individual layers can have different dimensions in the axial direction of the electric machine and are thus easily adapted to the slope of the usually in trapezoidal cross-section transducer bell. The layered structure also allows the power electronics, which must be cooled, are arranged in the layer facing the stator, while the overlying oblique uncooled space for cooling uncritical electronics can be used to control the power electronics.
Ferner wird die oben genannte Aufgabe der Erfindung durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen im kenn¬ zeichnenden Teil des Anspruchs 6 gelöst.Furthermore, the above-mentioned object of the invention is achieved by an electric machine having the features in the characterizing part of claim 6.
Mit einem derartigen Aufbau kann eine insbesondere in ihrer axialen Ausdehnung sehr kompakte elektrische Maschine erreicht werden. Außerdem können bei dem erfindungsgemäßen Aufbau der elektrischen Maschine extrem kurze Wegstrecken der elektrischen Leitungen, insbesondere zwischen dem Kondensator und der Leistungselektronik realisiert werden. Die den Leitungen immanenten Induktivitäten werden somit minimiert . Eine Beeinträchtigung der leistungselektronischen Bauteile durch Spannungsspitzen, welche während des Betriebs auftreten können, lassen sich somit weitestgehend verhindern.With such a construction, a very compact electrical machine, in particular in its axial extent, can be achieved. In addition, extremely short distances of the electrical lines, in particular between the capacitor and the power electronics can be realized in the inventive construction of the electric machine. The inductances inherent in the leads are thus minimized. An impairment of power electronic components by voltage spikes, which can occur during operation, can thus be largely prevented.
Die zumindest teilweisen Unterbrechungen in dem Umfang des um den Umfang der elektrischen Maschine verlaufenden Kondensators sorgen dafür, dass dieser trotz der unweigerlich auftretenden thermischen Belastungen sicher und zuverlässig arbeitet. Der um den Umfang der elektrischen Maschine angeordnete Kondensator wird sich während des Betriebs unvermeidbar erwärmen. Trotz einer aktiven Kühlung kommt es so immer wieder zu thermisch induzierten Änderungen seiner Ausdehnung. Durch die Integration des Kondensators um den Umfang der elektrischen Maschine bzw. des Stators derselben kommt es vor allem in Richtung des Umfangs des Kondensators, welcher insbesondere ringförmig ausgebildet sein kann, zu erheblichen thermisch induzierten Längenänderungen. Diese Längenänderungen führen zu starken Materialbeanspruchungen, insbesondere in den metallischen Materialien, wie z.B. der Schoopschicht des Kondensators, da diese keine vergleichbar hohe Elastizität aufweisen, wie z.B. die polymeren Folien eines Folienkondensators. Dabei in den metallischen Materialien entstehende (Mikro-)Risse würden den Kondensator unbrauchbar machen. Beim erfindungsgemäßen Aufbau werden nun jedoch diese Probleme vermieden, indem der Kondensator mehrere zumindest teilweise Unterbrechungen, verteilt um seinen Umfang, aufweist. Diese dienen als ein Art „Dehnfugen", welche helfen, eine Beeinträchtigung des Kondensators durch die thermisch induzierten Belastungen zu verhindern.The at least partial interruptions in the extent of the capacitor running around the circumference of the electrical machine ensure that it works safely and reliably despite the inevitably occurring thermal loads. The capacitor disposed around the periphery of the electric machine will inevitably heat up during operation. Despite active cooling, thermally induced changes in its extent occur time and again. Due to the integration of the capacitor around the circumference of the electric machine or the stator of the same, it is mainly in the direction of the circumference of the capacitor, which may be formed in particular annular, to considerable thermally induced changes in length. These changes in length lead to strong material stresses, especially in the metallic materials, such as the Schoopschicht of the capacitor, since these are not comparable have high elasticity, such as the polymeric films of a film capacitor. This (micro) cracks arising in the metallic materials would make the capacitor useless. In the structure according to the invention, however, these problems are now avoided by the capacitor having a plurality of at least partial interruptions distributed around its circumference. These serve as a kind of "expansion joints", which help to prevent a deterioration of the capacitor by the thermally induced loads.
Entsprechend einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist der Kondensator gemäß den Merkmalen im kennzeichnenden Teil von Anspruch 8 ausgebildet .According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the capacitor according to the features in the characterizing part of claim 8 is formed.
Durch die Unterbrechung des gesamten Kondensators in mehrere Teilelemente wird die ideale Umgehung der oben genannten Nachteile hinsichtlich von thermischen Spannungen in dem Kondensator erreicht. Der Kondensator, welcher in besonders günstiger Weise als ein einziger Folienkondensator gewickelt und dann unterbrochen werden kann, weist dann nur vergleichsweise kurze Längen auf, so dass die thermisch bedingte Längenänderung zu keinem Defekt führt .By interrupting the entire capacitor into a plurality of sub-elements, the ideal circumvention of the abovementioned disadvantages with respect to thermal stresses in the capacitor is achieved. The capacitor, which can be wound in a particularly favorable manner as a single film capacitor and then interrupted, then has only comparatively short lengths, so that the thermally induced change in length does not lead to a defect.
Die einzelnen Teilelemente des Kondensators sind dabei über die Verschienung kontaktiert.The individual sub-elements of the capacitor are contacted via the busbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, kann die Verschienung dabei Längenausgleichselemente verschiedener Ausgestaltung aufweisen.According to a preferred embodiment of the invention according to any one of claims 11 or 12, the busbar can have length compensation elements of different design.
Damit kann auch die Verschienung vor einer Schädigung durch thermische Ausdehnungen bewahrt werden. Durch die Anordnung der Längenausgleichselemente im Bereich der Unterbrechungen entsteht ein in der Länge ausreichend flexibler gut funktionierender und sehr kompakter Aufbau.Thus, the busbar can be protected from damage by thermal expansions. By the arrangement The length compensation elements in the area of interruptions creates a sufficiently flexible in length and very well-working construction.
Eine alternative Ausgestaltung der zumindest teilweisen Unterbrechungen ist durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruch 9 beschrieben.An alternative embodiment of the at least partial interruptions is described by the features in the characterizing part of claim 9.
Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung muss nicht der gesamte Kondensator, sondern nur dessen Schoopschicht unterbrochen werden. Unter der Schoopschicht versteht man bei Kondensatoren dabei die den jeweiligen elektrischen Pol bildende Schicht. Bei gewickelten Folienkondensatoren werden z.B. die jeweiligen Stirnflächen der Folien auf jeder der Seite durch aufspritzen von flüssigem Metall miteinander verbunden. Nach dem Aushärten bildet dieses aufgespritzte Metall dann die jeweilige Kontaktfläche, die so genannte Schoopschicht. Diese an den axialen Seitenflächen des Kondensators ausgebildeten Schoopschichten werden, um den Umfang des Kondensators verteilt, mehrmals jeweils vollständig unterbrochen. Auch so entstehen Dehnfugen, welche vergleichbar dem oben bereits dargestellten, durch thermische Ausdehnung bedingte (Mikro-)Risse in der Schoopschicht vermeiden und so die mechanische Schädigung des Kondensators durch die thermische Belastung, insbesondere die hochdynamische thermische Wechsel-Belastung, verhindern.In this embodiment of the invention, not the entire capacitor, but only the Schoopschicht must be interrupted. In the case of capacitors, the term Schoop layer is understood as meaning the layer forming the respective electrical pole. For wound film capacitors, e.g. the respective faces of the foils on each side are joined together by spraying liquid metal. After curing, this sprayed metal then forms the respective contact surface, the so-called Schoop layer. These Schoopschichten formed on the axial side surfaces of the capacitor are distributed to the circumference of the capacitor, several times each completely interrupted. Also arise as expansion joints, which comparable to the above already shown, caused by thermal expansion (micro) cracks in the Schoop layer and thus prevent the mechanical damage to the capacitor by the thermal load, in particular the highly dynamic thermal cycling load.
Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung der elektrischen Maschine gemäß der Erfindung ist durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 16 gegeben.A very advantageous development of the electric machine according to the invention is given by the features in the characterizing part of claim 16.
Das umlaufende Spannband presst den Kondensator oder dessen Teilelemente immer auf den Stator bzw. die Kühlung des Stators. Wenn die Vorspannung ausreichend groß gewählt wird, kann so auch bei entsprechender Erwärmung und Dehnung des Kondensators immer ein zuverlässiger Kontakt des Kondensators mit dem Stator bzw. der Kühlung des Stators erreicht werden. Die dauerhafte Kühlung des Kondensators unter allen Umständen des Betriebs wird damit sichergestellt.The circulating clamping band always presses the capacitor or its subelements onto the stator or the cooling of the stator. If the preload is chosen to be sufficiently large, can thus be achieved even with appropriate heating and stretching of the capacitor always a reliable contact of the capacitor with the stator or the cooling of the stator. The permanent cooling of the capacitor under all circumstances of the operation is thus ensured.
Eine sehr vorteilhafte und günstige Weiterbildung der Erfindung ergibt sich ferner aus den Merkmalen im kenn¬ zeichnenden Teil des Anspruchs 19.A very advantageous and favorable development of the invention further results from the features in the characterizing part of claim 19.
Der polygone Bereich neben den Kondensator, welcher selbst ebenfalls polygon oder bevorzugt ringförmig ausgebildet sein kann, erlaubt es die Bauelemente der Leistungselektronik auf ebenen Flächen anzubringen. Damit kann ein großflächiger Kontakt mit dem Stator bzw. der Kühlung des Stators und damit eine gute Kühlung derselben sichergestellt werden. Ein weiterer Vorteil des polygonen Bereich liegt darin, dass ein modularer Aufbau mit gleichartigen Modulen der Leistungs- elektronik erzielt werden kann. Die Anpassung an die Größe bzw. Leistung der elektrischen Maschine erfolgt dann lediglich durch die Auswahl der Anzahl der Abschnitte, z.B. 6-eckig, 8-eckig oder 12-eckig. Auf die ebenen Flächen der einzelnen Abschnitte oder zumindest einiger der Abschnitte können dann nach unabhängig von der Größe der elektrischen Maschine jeweils dieselben Module der Leistungselektronik verbaut werden. Wie bei jeder anderen Art von modularer Bauweise ergeben sich auch hier Vorteile hinsichtlich der Flexibilität. Ferner können dadurch die Stückzahlen von gleichen Modulen über verschieden große elektrische Maschinen hinweg gesteigert werden, was wiederum die Kosten für derartige Modul senkt.The polygonal region in addition to the capacitor, which itself may also be polygonal or preferably ring-shaped, allows the components of the power electronics to be mounted on flat surfaces. Thus, a large-area contact with the stator or the cooling of the stator and thus a good cooling of the same can be ensured. Another advantage of the polygonal range is that a modular design can be achieved with similar modules of the power electronics. The adaptation to the size or performance of the electric machine is then done only by selecting the number of sections, e.g. 6-angular, 8-angular or 12-angular. The same modules of the power electronics can then be installed on the flat surfaces of the individual sections or at least some of the sections, regardless of the size of the electrical machine. As with any other type of modular design, there are advantages in terms of flexibility. Furthermore, this can increase the number of units of the same modules across different sized electrical machines, which in turn reduces the cost of such module.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen, sowie aus den nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungs- beispielen.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the remaining dependent claims, as well as from the hereinafter Ausführungsbeispielen described with reference to the drawing.
Dabei zeigen:Showing:
Fig. 1 einen Antriebsstrang mit Verbrennungsmotor,1 is a drive train with internal combustion engine,
Wandlerglocke und Getriebe; Fig. 2 eine mögliche Verschaltung von Leistungselektronik und einem Kondensator; Fig. 3 eine weitere mögliche Verschaltung vonConverter bell and gearbox; 2 shows a possible interconnection of power electronics and a capacitor; Fig. 3 shows another possible interconnection of
Leistungselektronik und einem Kondensator; Fig. 4 eine mögliche Anordnung eines Kondensators um die elektrische Maschine; Fig. 5 eine schematische Darstellung eines möglichenPower electronics and a capacitor; 4 shows a possible arrangement of a capacitor around the electric machine; Fig. 5 is a schematic representation of a possible
Aufbaus des Kondensators; Fig. 6 eine mögliche Ausführungsform der Unterbrechungen einer Schoopschicht des Kondensators; Fig. 7 eine alternative mögliche Ausführungsform derStructure of the capacitor; 6 shows a possible embodiment of the interruptions of a Schoopschicht of the capacitor. Fig. 7 shows an alternative possible embodiment of
Unterbrechungen einer Schoopschicht desInterruptions of a Schoopschicht of the
Kondensators; Fig. 8 eine mögliche Ausführungsform der Unterbrechungen des Kondensators; Fig. 9 eine mögliche Ausführungsform einer Strom leitendencapacitor; Fig. 8 shows a possible embodiment of the interruptions of the capacitor; Fig. 9 shows a possible embodiment of a current-conducting
Verschienung mit Längenausgleichselementen; Fig. 10 einen möglichen Aufbau einer Anordnung vonBusbar with length compensation elements; 10 shows a possible structure of an arrangement of
Leistungselektronik und Kondensator um eine elektrische Maschine;Power electronics and capacitor around an electric machine;
Fig. 11 eine mögliche Anordnung von Leistungselektronik- Modulen um eine kleinere elektrische Maschine; Fig. 12 ein mögliche Anordnung von Leistungselektronik- Modulen um eine größere elektrische Maschine; und Fig. 13 eine mögliche Anordnung der Leistungselektronik und des Kondensators um die elektrische Maschine in einer axialen Schnittdarstellung. In Fig. 1 ist in einer schematischen Draufsicht ein Ausschnitt aus einem Antriebsstrang 1 zu erkennen. Dieser umfasst in seinem wesentlichen Teil einen Verbrennungsmotor 2 und ein Getriebe 3. Dazwischen ist eine Wandlerglocke 4 angeordnet, in welcher eine Antriebswelle 5 zum Antreiben des Getriebes 3 durch den Verbrennungsmotor 2 verläuft . Wie allgemein üblich ist in der Wandlerglocke 4 ferner eine Kupplungseinrichtung 6 zum Trennen der Verbindung zwischen Verbrennungsmotor 2 und Getriebe 3 angeordnet . Außerdem ist in der Wandlerglocke 4 eine elektrische Maschine 7 angeordnet. Mittels dieser kann das mit dem Antriebsstrang 1 versehene Fahrzeug in deren motorischem Betrieb angetrieben werden. Bei einem generatorischen Betrieb, z.B. im Ver¬ zögerungsfall des Fahrzeuges, kann die elektrische Maschine 7 auch elektrische Energie erzeugen und in eine geeignete Speichereinrichtung, z.B. eine Batterie und/oder ein Hoch¬ leistungskondensator (Supercap) , zurückspeisen. Typischer¬ weise kommt ein derartiger Antriebstrang 1 dabei bei einem Hybridfahrzeug zum Einsatz. Die elektrischen Maschine selbst wäre jedoch auch für andere Zecke, z.B. zum Antreiben eines Brennstoffzellenfahrzeugs, geeignet.Fig. 11 shows a possible arrangement of power electronics modules to a smaller electric machine; Fig. 12 shows a possible arrangement of power electronics modules to a larger electric machine; and FIG. 13 shows a possible arrangement of the power electronics and of the capacitor around the electric machine in an axial sectional view. In Fig. 1, a section of a drive train 1 can be seen in a schematic plan view. This comprises in its essential part an internal combustion engine 2 and a transmission 3. In between a converter bell 4 is arranged, in which a drive shaft 5 for driving the transmission 3 through the internal combustion engine 2 extends. As is generally customary, a coupling device 6 for separating the connection between the internal combustion engine 2 and the transmission 3 is also arranged in the converter bell 4. In addition, an electric machine 7 is arranged in the converter bell 4. By means of this, the vehicle provided with the drive train 1 can be driven in its motor operation. In a regenerative operation, for example in Ver¬ delay case of the vehicle, the electric machine 7 can also generate electrical energy and in a suitable storage device, such as a battery and / or a Hoch¬ power capacitor (supercap), feed back. Typically, such a drive train 1 is used in a hybrid vehicle. However, the electric machine itself would also be suitable for other ticks, for example for driving a fuel cell vehicle.
Wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, werden aus Platz und Kostengründen so genannte integrierte Antriebe erprobt, d.h. solche Antriebe bei denen der zum Betrieb der elektrischen Maschine 7 erforderliche Umrichter bzw. Stromrichter in diese integriert sind.As is known from the prior art, so-called integrated drives are tested for space and cost reasons, i. Such drives in which the required for the operation of the electric machine 7 inverter or power converters are integrated in this.
In Fig. 2 ist ein derartiger Umrichter 8 anhand seines Schaltbildes gezeigt. Im Wesentlichen besteht dieser aus der Leistungselektronik und einem Kondenstor 9, dem so genannten Zwischenkreiskondensator. Die Leistungselektronik besteht im Kern wiederum aus Halbleiterschaltern 10 und Dioden 11. Sie umfasst dabei mehrere so genannte Brückenzweige 12, welche in der Verschaltung gemäß Fig. 2 jeweils eine der Motor¬ wicklungen 13 ansprechen. Die Schalter 10 der Leistungs¬ elektronik werden dabei jeweils über die so genannten Gate- Drive-Units GDU 14, von welchen hier nur eine exemplarisch dargestellt ist, angesteuert. Zusammen mit einem Steuergerät 15 bilden diese GDUs 14 also die Elektronik zur Ansteuerung der Leistungselektronik, wobei hier ferner ein Sensor 16 angedeutet ist, welcher dem Steuergerät Rückmeldungen aus dem Bereich der elektrischen Maschine 7 bzw. der Motorwicklungen 13 liefert. Dieser Aufbau ist dabei zwischen die elektrische Maschine 7 und eine elektrische Energiequelle 17 für diese geschaltet. Die Energiequelle 17 kann beispielsweise eine Batterie und/oder eine Hochleistungskondensator und/oder eine Brennstoffzelle sein.In Fig. 2, such a converter 8 is shown with reference to its circuit diagram. Essentially, this consists of the power electronics and a Kondenstor 9, the so-called DC link capacitor. The power electronics in turn consist in the core of semiconductor switches 10 and diodes 11. It includes several so-called bridge arms 12, which in the circuit according to FIG. 2 each one of the Motor¬ windings 13 respond. The switches 10 of the power electronics are in each case actuated via the so-called gate drive units GDU 14, of which only one is shown here by way of example. Together with a control unit 15, these GDUs 14 thus form the electronics for controlling the power electronics, in which case a sensor 16 is also indicated, which supplies the control unit with feedback from the area of the electric machine 7 or the motor windings 13. This structure is connected between the electric machine 7 and an electrical power source 17 for this. The energy source 17 can be, for example, a battery and / or a high-performance capacitor and / or a fuel cell.
In Fig. 3 ist ein vergleichbarer Aufbau zu erkennen. Dieser kann beispielsweise zur Ansteuerung von elektrischen Maschinen 7 mit einer größeren Leistung verwendet werden. Die Ansteuerung jeder der Motorwicklungen 13 erfolgt hierbei durch zwei oder mehr Brückenzweige 12, um die entsprechend höheren zu schaltenden Leistungen bewältigen zu können.In Fig. 3, a comparable structure can be seen. This can be used for example to control electric machines 7 with a larger power. The control of each of the motor windings 13 takes place here by two or more bridge branches 12 in order to cope with the corresponding higher to be switched power.
Der gesamte Umrichter 8 ist unabhängig von seiner elektr¬ ischen Verschaltung , wie oben ausgeführt, in die elektrische Maschine 7 integriert. Dadurch ergeben erhebliche Vorteile hinsichtlich Platzbedarf, Kosten, Verkabelung und Elektro¬ magnetischer Verträglichkeit (EMV) .The entire converter 8 is independent of its electrical interconnection, as stated above, integrated into the electric machine 7. This results in considerable advantages in terms of space requirements, costs, wiring and Elektro¬ magnetic compatibility (EMC).
Die restriktiven Platzverhältnisse erfordern teilweise unkonventionell geformte Bauelemente. Um nun den Kondensator 9 möglichst kompakt in die elektrische Maschine 7 zu integrieren kann dieser als z.B. ringförmig gestalteter Kondensator 9 ausgebildet, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Der Kondensator 9 muss gekühlt werden, um eine hohe Stromtragfähigkeit zu erlauben. Er ist daher umlaufend auf dem Außenumfang eines gekühlten Trägers 18 montiert, welcher auf seiner Innenseite die hier nicht dargestellten Motor¬ wicklungen 13 des Stators der elektrischen Maschine 7 trägt. Der gekühlte Träger 18 stellt als sowohl die Kühlung für den Kondensator 9 als auch die für den Stator dar. Der Träger 18 weist dabei jedoch ein anderes thermisches Ausdehnungs¬ verhalten als der Kondensator 9 auf. Um den Kondensator nun immer im unmittelbaren Kontakt mit dem Träger 18 zu halten und damit seine ausreichende Kühlung sicherzustellen, wird dieser durch eine Spannband 19 um seinen Außenumfang auf den Träger 18 vorgespannt. Dabei ist die Vorspannung so ausreichend groß zu wählen, dass der Kondensator 9 unter allen denkbaren Temperaturbedingungen und der davon abhängigen Längenausdehnung von Kondensator 9, Träger 18 und Spannband 19 immer auf den Träger 18 gepresst wird.The restrictive space conditions require partially unconventionally shaped components. In order to integrate the capacitor 9 as compactly as possible into the electric machine 7, it can be designed as a condenser 9 of annular design, for example, as shown in FIG. The condenser 9 must be cooled to a high To allow current carrying capacity. It is therefore mounted circumferentially on the outer circumference of a cooled support 18, which carries on its inside the not shown Motor¬ windings 13 of the stator of the electric machine 7. The cooled carrier 18 represents both the cooling for the capacitor 9 and for the stator. However, the carrier 18 has a different thermal expansion behavior than the capacitor 9. In order to keep the capacitor always in direct contact with the carrier 18 and thus ensure its adequate cooling, this is biased by a clamping band 19 around its outer periphery on the carrier 18. In this case, the bias voltage is to be chosen sufficiently large that the capacitor 9 is always pressed onto the carrier 18 under all conceivable temperature conditions and the lengthwise extension of capacitor 9, carrier 18 and clamping band 19 dependent thereon.
Da in der elektrischen Maschine 7, insbesondere wenn diese hochdynamisch betrieben wird, unweigerlich hohe Temperatur¬ schwankungen auftreten, wäre der Kondensator 9 jedoch erheblichen Temperaturwechseln mit den damit verbundenen thermischen Ausdehnungen, welche sich insbesondere in der Richtung seiner größten Ausdehnung, also in Richtung des Umfangs bemerkbar machen, unterworfen. Um eine gute thermische Anbindung bei gleichzeitigem Ausgleich von Fertigungstoleranzen und thermischen Ausdehnungen zu ermöglichen, kann zwischen dem Kondensator 9 und der gekühlten Fläche des Trägers eine hier nicht dargestellte Schicht aus einem dauerelastischen, möglichst gut wärme¬ leitenden Material, z.B. einem so genannten Silpad, aufgebracht werden. Dadurch wird ebenfalls eine Erhöhung der thermischen Zyklenfestigkeit erreicht. Der Kondensator 9, könnte alternativ zu den hier gewählten Darstellungen natürlich auch auf seinem äußeren Umfang gekühlt werden. Das hier dargelegte gilt jedoch auch hierfür analog.However, since high temperature fluctuations inevitably occur in the electric machine 7, in particular when it is operated highly dynamically, the capacitor 9 would be subject to considerable temperature changes with the thermal expansions associated therewith, which are particularly in the direction of its greatest extent, ie in the direction of the circumference make noticeable, subject. In order to enable a good thermal connection with simultaneous compensation of manufacturing tolerances and thermal expansions, a layer of a permanently elastic, highly heat-conductive material, for example a so-called silpad, can be applied between the condenser 9 and the cooled surface of the support become. This also achieves an increase in the thermal cycle stability. Of course, the capacitor 9, as an alternative to the representations chosen here, could also be cooled on its outer circumference. However, the same is true here too.
Beim typischen Aufbau derartiger Kondensatoren 9 als Folienkondensatoren, wie dies in Fig. 5 im Querschnitt schematisch angedeutet ist, kann der Kondensator 9 aus mehreren entsprechend metallisierten Folienschichten 20 bestehen, welche leicht versetzt unmittelbar auf dem Träger 18 übereinander gewickelt sind. Jede der Seitenkanten des Kondensators 9 wird dann mit einer jeweils die Hälfte der Folien untereinander elektrisch und mechanisch verbindenden Schicht, der so genannten Schoopschicht 21, versehen. Diese Schoopschicht 21 kann beispielsweise aus flüssig aufge¬ spritztem und dann ausgehärtetem Metall bestehen. Über die Schoopschicht 21 erfolgt auch die elektrische Kontaktierung des Kondensators 9, wobei die eine Schoopschicht 21 mit den Pluspol, die andere mit dem Minuspol der Energiequelle 17 verbunden wird.In the typical structure of such capacitors 9 as film capacitors, as is schematically indicated in Fig. 5 in cross-section, the capacitor 9 may consist of a plurality of corresponding metallized film layers 20 which are slightly offset directly on the support 18 are wound one above the other. Each of the side edges of the capacitor 9 is then provided with a layer which interconnects electrically and mechanically in each case half of the films, the so-called Schoop layer 21. This Schoop layer 21 may for example consist of liquid aufge¬ injected and then cured metal. The electrical contacting of the capacitor 9 takes place via the Schoop layer 21, whereby one Schoop layer 21 is connected to the positive pole, the other to the negative pole of the power source 17.
Kommt es nun zu einer thermischen Wechselbelastung mit den korrespondierenden wechselnden Ausdehnungen des Kondensators 9, werden die relativ elastischen Folien 20 eher, keinen Schaden nehmen. Die weit weniger elastischen Schoopschichten 21 werden durch die wechselnde thermische Ausdehnung jedoch (Mikro-)Risse bzw. Haarrisse bekommen. Um dies zu vermeiden, ist es gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die Schoopschichten 21 mit mehreren um den Umfang verteilten vollständigen bzw. durchgehenden Unterbrechungen 22 zu versehen.If it now comes to a thermal cycling with the corresponding alternating expansions of the capacitor 9, the relatively elastic films 20 are more likely to take no damage. The far less elastic Schoopschichten 21, however, get (micro) cracks or hairline cracks due to the changing thermal expansion. To avoid this, it is provided according to an embodiment of the invention to provide the Schoopschichten 21 with a plurality of distributed around the circumference complete or continuous interruptions 22.
In Fig. 6 ist eine solche durchgehende radiale Unter¬ brechungen 22 exemplarisch angedeutet. Diese als Dehnfuge funktionierende Unterbrechung 22 ermöglicht es dem Kondensator 9 auf thermische Wechselspannungen entsprechend zu reagieren, ohne dass dieser bzw. seine Schoopschicht 21 zerstört wird. Die durchgehende Unterbrechung 22 der Ausführung gemäß Fig. 6 unterteilt die Schoopschicht 21 des Kondensators 9 dabei in mehrere einzelne Bereich 21a, 21b, ... der Schoopschicht 21. Da diese jedoch gleichzeitig die elektrische Kontaktierung des Kondensators 9 darstellt, müssen die einzelnen Bereiche 21a, 21b, ... über eine elektrisch leitende Verschienung 23 mit Längenausgleichs- elementen 24, welche hier nicht dargestellt ist, auf welche aber später noch näher eingegangen wird, untereinander verbunden werden.Such continuous radial interruptions 22 are indicated by way of example in FIG. This as an expansion joint functioning interruption 22 allows the capacitor 9 to respond to thermal AC voltages accordingly, without this or its Schoop layer 21 is destroyed. The continuous interruption 22 of the embodiment according to FIG. 6 subdivides the Schoop layer 21 of the capacitor 9 into a plurality of individual regions 21a, 21b,... Of the Schoop layer 21. However, since this simultaneously represents the electrical contacting of the capacitor 9, the individual regions 21a , 21b, ... via an electrically conductive busbar 23 with length compensation elements 24, which is not shown here, but which will be discussed in more detail later, are interconnected.
Eine alternative Ausgestaltung hierzu ist in Fig. 7 schematisch angedeutet. Die dort gezeigten Unterbrechungen 22 sind lediglich als teilweise Unterbrechungen 22 ausgebildet, so dass in radialer Richtung jeweils ein Teil der Schoopschicht 21 erhalten bleibt. Sind nun, wie in Fig. 7 angedeutet, jeweils wenigstens drei der teilweisen Unter¬ brechungen 22 entsprechend gruppiert, so nimmt die Schoopschicht 21 in diesem Bereich eine mäanderförmige Ausgestaltung an. Damit kann ein Ausgleich der zyklischen Ausdehnungen aufgrund der thermischen Wechselbelastungen erfolgen, ohne dass die Schoopschicht 21 vollkommen unterbrochen werden muss.An alternative embodiment for this purpose is schematically indicated in FIG. The interruptions 22 shown there are only formed as partial interruptions 22, so that each part of the Schoop layer 21 is maintained in the radial direction. If, as indicated in FIG. 7, at least three of the partial interruptions 22 are respectively grouped accordingly, the shoop layer 21 assumes a meandering configuration in this area. Thus, a compensation of the cyclic expansions due to the thermal cycling can be done without the Schoop layer 21 must be completely interrupted.
In Fig. 8 ist eine weitere alternative Ausgestaltung der Unterbrechungen 22 dargestellt. Entgegen den bisherigen Ausführungen, bei denen lediglich die Schoopschichten 21 die Unterbrechungen 22 aufgewiesen haben, wird hier der gesamte Kondensator 9 in Teilelemente 9a, 9b, ... unterbrochen. Die einzelnen Teilelemente 9a, 9b, ..., welche z.B. durch auftrennen eines als Ring gewickelten Kondensators 9 erhältlich sind, werden analog dem bereits ausgeführten auf dem Träger 18 aufgebracht und mittels des Spannbandes 19 gegen diesen gespannt. Das Spannband 19 und die bereits angesprochenen elektrisch leitenden Verschienung 23, welche selbstverständlich auch hier notwendig ist, sind in Fig. 9 näher erkennbar. Das Spannband 19 umfasst dabei als äußerste Schicht die Verschienung 23, welche je ein Einzelschiene 23+, 23- für jeden elektrischen Pol aufweist. Die Einzelschienen 23+, 23- sind dabei jeweils mit einer der Schoopschichten 21 der Teilelemente 9a, 9b, ... des Kondensators 9 verbunden. Falls die Einzelschienen 23+, 23-, wie hier übereinander liegen, ist ferner eine elektrische Isolierung 25 zwischen ihnen vorzusehen. Bevorzugt ist das Spannband 19 aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet . Dieses muss dann jedoch gegenüber zumindest einem Pol des Kondensators 9 elektrischen isoliert sein. Es hat sich dabei gezeigt, dass ein derartiger Aufbau mit einem elektrisch leitenden Spannband 19 sich auf das induktive Verhalten und die EMV der elektrischen Maschine (7) bzw. ihrer Leistungselektronik positiv auswirkt.FIG. 8 shows a further alternative embodiment of the interruptions 22. Contrary to the previous statements, in which only the Schoop layers 21 have exhibited the interruptions 22, here the entire capacitor 9 in sub-elements 9a, 9b, ... interrupted. The individual sub-elements 9a, 9b, ..., which, for example, by separating a wound as a ring capacitor 9th are available are applied analogously to those already carried out on the carrier 18 and tensioned by means of the clamping band 19 against this. The clamping band 19 and the already mentioned electrically conductive busbar 23, which of course is also necessary here, are more clearly visible in FIG. The strap 19 includes as the outermost layer, the busbar 23, which each has a single rail 23+, 23- for each electrical pole. The individual rails 23+, 23- are in each case connected to one of the Schoop layers 21 of the partial elements 9a, 9b,... Of the capacitor 9. If the individual rails 23+, 23-, as here above each other, further electrical insulation 25 is provided between them. Preferably, the clamping band 19 is formed of an electrically conductive material. However, this must then be electrically insulated from at least one pole of the capacitor 9. It has been shown that such a construction with an electrically conductive strap 19 has a positive effect on the inductive behavior and the EMC of the electrical machine (7) or its power electronics.
Zum Ausgleich der thermisch indizierten Längenänderungen in der Verschienung 23 sind außerdem Längenausgleichselemente 24 vorgesehen. Bei der hier dargestellten Ausführungsform derselben ragen diese in die Unterbrechungen 22 zwischen den Teilelementen 9a, 9b, ... des Kondensators 9. Die Längenausgleichselemente 24 weisen damit Abschnitte 26 auf, welche sich im Wesentlichen in radialer Richtung der elektrischen Maschine 7 erstrecken. Auf ihrer der Hauptfläche der Verschienung 23 abgewandten Seite stellen die Abschnitte 26 radial versetzt zur Verschienung 23 die elektrische Verbindung zwischen den Einzelbereichen der Verschienung 23 sicher. Kommt es zu sich typischerweise vor allem in Umfangsrichtung der Verschienung 23 äußernden thermisch induzierten Ausdehnungen, so werden diese durch eine elastische Verformung der Längenausgleichselemente 24 aufgenommen. Durch die Längenausgleichselemente 24 können in radialer Richtung die Toleranzen und thermische Ausdehnung in den Unterbrechungen 22 zwischen den Teileleτnenten 9a, 9b, ... des Kondensators 9 ausgleichen werden.To compensate for the thermally indexed length changes in the busbar 23 also length compensation elements 24 are provided. In the embodiment shown here they protrude into the interruptions 22 between the sub-elements 9a, 9b,... Of the condenser 9. The length-compensating elements 24 thus have sections 26 which extend substantially in the radial direction of the electric machine 7. On their side facing away from the main surface of the busbar 23, the sections 26, radially offset from the busbar 23, ensure the electrical connection between the individual areas of the busbar 23. If it comes to itself typically above all in the circumferential direction of the busbar 23 expressing thermal Induced expansions, they are absorbed by an elastic deformation of the length compensation elements 24. By the length compensation elements 24, the tolerances and thermal expansion in the interruptions 22 between the Teileleτnenten 9 a, 9 b, ... of the capacitor 9 can be compensated in the radial direction.
Durch die Anordnung der Längenausgleichselemente 24 in den Unterbrechungen '22 zwischen den Teilelementen 9a, 9b, ... des Kondensators 9 bzw. bei alternativen Ausgestaltungen der Verschienung 23 im Bereich der Unterbrechungen 22 in der Schoopschicht 21, werden die Längenausgleichselemente 24 und die als Dehnfugen wirkenden Unterbrechungen 22 so koordiniert, dass dauerhaft ein sicherer Betrieb des Kondensators 9 ermöglicht wird. Diese Anordnung spart außerdem Platz und die Verschienung 23 kann die auf den Kondensator 9 oder dessen Teilelemente 9a, 9b, ... wirkenden Kräfte vergleichmäßigen.The arrangement of the length compensation elements 24 in the interruptions ' 22 between the sub-elements 9a, 9b, ... of the capacitor 9 or in alternative embodiments of the busbar 23 in the region of the interruptions 22 in the Schoop layer 21, the length compensation elements 24 and as expansion joints acting interruptions 22 coordinated so that permanently safe operation of the capacitor 9 is made possible. This arrangement also saves space and the busbar 23 can equalize the forces acting on the capacitor 9 or its sub-elements 9a, 9b, ... forces.
Durch das hohe Maß der Integration von Kondensator 9 und insbesondere von Leistungselektronik ist jedoch eine gegebenenfalls erforderliche Reparatur schwierig und bei leicht verschiedenen Ausführungen der elektrischen Maschine 7 sind jeweils spezielle Bauteile notwendig. Somit können über verschiedene Ausführungen hinweg kaum Gleichteile verwendet werden, welche jedoch zu einer Kostensenkung führen würden. Ferner müssen bei der Gestaltung der Anordnung der Halbleiterbauelemente der Leistungselektronik (Schalter 10, Dioden 11) zusammen mit den dazugehörigen GDUs 14 neue Wege beschritten werden, um den vorhandenen Bauraum optimal auszunutzen.Due to the high degree of integration of the capacitor 9 and in particular of power electronics, however, an optionally required repair is difficult and slightly different versions of the electric machine 7 each have special components necessary. Thus, it is almost impossible to use identical parts over different versions, which would, however, lead to a reduction in costs. Furthermore, 14 new ways must be taken in the design of the arrangement of the semiconductor components of the power electronics (switch 10, diodes 11) together with the associated GDUs to optimally utilize the available space.
Daher wird auch die Leistungselektronik in radialer Richtung außen auf dem Träger 18, z.B. in axialer Richtung der elektrischen Maschine 7 versetzt neben dem Kondensator 9 angeordnet, wie dies in Fig. 10 erkennbar ist. Der Träger 18 ist in diesem Bereich als Polygon 27 ausgeführt, dass mehrere vorzugsweise ebene Flächen 28 aufweist. Zumindest einige der Flächen 28 des Polygons 27 werden mit Leistungselektronik- Modulen 29 bestückt,- wobei nicht alle Flächen 28 bestückt werden müssen. Durch die ebene Ausführung der Flächen 28 liegen die Bauteile der Leistungselektronik (Schalter 10, Dioden 11)" vollflächig auf und werden damit sehr gut durch die Kühlung in dem Träger 18 gekühlt.Therefore, the power electronics in the radial direction on the outside of the carrier 18, for example in the axial direction of electric machine 7 is arranged offset next to the capacitor 9, as can be seen in Fig. 10. The carrier 18 is designed in this area as a polygon 27 that has a plurality of preferably flat surfaces 28. At least some of the surfaces 28 of the polygon 27 are equipped with power electronics modules 29, - not all surfaces 28 must be equipped. Due to the planar design of the surfaces 28, the components of the power electronics (switch 10, diodes 11) "over the entire surface and are thus very well cooled by the cooling in the carrier 18.
Die Leistungselektronik-Module 29 können beispielsweiseThe power electronics modules 29 can, for example
einen Brückenzweig 12, gegebenenfalls inklusive der GDU 14; a bridge branch 12, possibly including the GDU 14;
drei Brückenzweige 12 kleinerer Leistung; three bridge branches 12 smaller power;
einen gegebenenfalls über die Fläche 28 des Polygons 27 gekühlten Stromsensor; a possibly over the surface 28 of the polygon 27 cooled current sensor;
induktive Bauelemente, wie z.B. Drosseln; inductive components, such as chokes;
elektrische Filterbauelemente, wie z.B. Y-Kondensatoren oder stromkompensierte Drosseln; electrical filter components, such as Y-capacitors or common mode chokes;
Gekühlte Anschlussstellen, wie z.B. Klemmen für die Wechsel- oder Gleichstromanschlüsse; Cooled connection points, such as terminals for AC or DC connections;
Leiterplatten mit Steuerungs- und Regelungselektronik oder Sensorik; printed circuit boards with control electronics or sensors;
Leiterplatten mit Buskopplern, wie z.B. für eine Kommunikation via CAN-Bus; PCBs with bus couplers, such as for communication via CAN bus;
Gleichspannungswandler, so genannte DC/DC-Wandler, zur Speisung des 12V-Bordnetzes der Leistungselektronik- Steuerung oder zur redundanten Speisung sicherheits- relevanter Verbraucher; DC-DC converters, so-called DC / DC converters, for feeding the 12V on-board network of the power electronics control or for the redundant supply of safety-relevant consumers;
Anschlusselemente 30 für die Kühlung in dem Träger 18 enthalten. Durch unterschiedliche Bestückungsvarianten der Flächen 28 des ploygonen Bereichs 27 mit unterschiedlichen Leistungs¬ elektronik-Modulen 29 können nun verschiedene Ausführungen in modularer Bauweise schnell und einfach realisiert werden. ■ Contain connection elements 30 for the cooling in the carrier 18. By different placement variants of the surfaces 28 of the polygonal region 27 with different power electronics modules 29, various designs in a modular design can now be implemented quickly and easily.
Beispielsweise kann die Bestückung mit einer Mindestzahl von Leistungselektronik-Modulen 29 erfolgen, z.B. drei für eine elektrische Maschine 7 kleiner Leistung, wie dies als Verschaltung in Fig. 2 erläutert wurde. Die verbleibenden Flächen 28 des Polygons 27 können dann andere,, für die Ansteuerung der elektrischen Maschine 7 nicht unmittelbar notwendige Elektronikmodule tragen oder leer bleiben.For example, the placement may be done with a minimum number of power electronics modules 29, e.g. three for an electric machine 7 small power, as has been explained as interconnection in Fig. 2. The remaining surfaces 28 of the polygon 27 can then carry other, not directly necessary for the control of the electric machine 7 electronic modules or remain empty.
Alternativ dazu kann die Bestückung für eine elektrische Maschine 7 größerer Leistung beispielsweise auch mit der doppelten Anzahl von Leistungselektronik-Modulen 29, also sechs Stück, erfolgen. Dabei werden die Leistungselektronik- Module 29 dann entweder parallel geschaltet oder je ein Brückenzweig 12 an ein Ende einer der Motorwicklungen 13 angeschlossen, womit so genannte „offene Wicklungen" realisiert werden.Alternatively, the assembly for an electric machine 7 greater power, for example, with twice the number of power electronics modules 29, so six pieces done. The power electronics modules 29 are then either connected in parallel or each bridge branch 12 is connected to one end of one of the motor windings 13, whereby so-called "open windings" are realized.
In allen Fällen ist die Bestückung mit zusätzlichen (Leistungs-)Elektronik-Modulen 29 kleiner Leistung möglich:In all cases, the equipment with additional (power) electronics modules 29 low power is possible:
um beispielsweise einen weiteren Stromrichter zu integrieren, welcher z.B. für eine Ölpumpe oder zur Speisung externer Verbraucher über eine Art Steckdose verwendet werden kann; und/oder To integrate, for example, another power converter, which can be used for example for an oil pump or to power external consumers via a kind of power outlet; and or
um die Batteriespannung mit Modulen 29, die die Topologie dahingehend entsprechend verändern, auf ein höheres, gegebenenfalls geregeltes Niveau anzuheben (Hochstetzsteller) , aus welchem dann die eigentlichen Leistungselektronik-Module 29 für die elektrische Maschine 7 gespeist werden. Um den Stator S verläuft auch hier der Träger 18, welcher von einem Kühlmedium durchströmt ist und den Stator S ebenso wie die Leistungselektronik und den Kondensator 9 kühlt. Zur Zufuhr und Abfuhr des Kühlmediums, sind die Anschlüsse 30 vorgesehen. ■ to raise the battery voltage with modules 29, which change the topology accordingly, to a higher, possibly regulated level (boost), from which then the actual power electronics modules 29 are fed to the electric machine 7. The support 18, which is flowed through by a cooling medium and which cools the stator S as well as the power electronics and the capacitor 9, also runs around the stator S here. For supply and removal of the cooling medium, the terminals 30 are provided.
Der Träger 18 weist einen ringförmigen und einen polygonen Bereich 27 auf, welche in axialer Richtung der elektrischen Maschine 7 nebeneinander angeordnet sind. Auf diesen Bereichen sitzen in radialer Richtung um den Umfang verteilt der Kondensator 9 und die Leistungselektronik in Form der bereits beschriebenen (Leistungs-) Elektronik-Module 29. Der in der Darstellung der Fig. 10 rechts zu erkennende Kon¬ densator 9 weist um seinen Umfang verteilt einige radiale Unterbrechungen 22 seiner Schoopschicht 21 auf, welche in Fig. 14 jedoch nicht erkennbar sind. Die Teilelemente 9a, 9b, ... des Kondenstors 9 werden über zwei nebeneinander ver¬ laufenden Teile 23+, 23- der elektrischen Verschienung 23 kontaktiert. Die Längenausgleichselemente 24 der Verschienung 23 verlaufen mit ihren Abschnitten 26 dabei in axialer Richtung zu der elektrischen Maschine 7. Sie können gleich¬ zeitig in dem Bereich, in welchem sie sich den die (Leistungs-) Elektronik-Modulen 29 nähern, einen elektrischen Kontakt zu diesen aufweisen. Die Länge der Anschlussleitungen wird somit noch weiter reduziert .The carrier 18 has an annular and a polygonal region 27, which are arranged next to one another in the axial direction of the electric machine 7. The capacitor 9 and the power electronics in the form of the (power) electronic modules 29 already described are distributed in the radial direction around the circumference in the radial direction. The capacitor 9 to be recognized on the right in FIG. 10 has its circumference distributes some radial interruptions 22 of its Schoop layer 21, which are not visible in Fig. 14, however. The sub-elements 9a, 9b,... Of the condenser 9 are contacted via two juxtaposed parts 23+, 23- of the electrical busbar 23. The length compensation elements 24 of the busbar 23 extend with their sections 26 in the axial direction to the electric machine 7. They can simultane- ously in the area in which they approach the (power) electronics modules 29, an electrical contact to have this. The length of the connecting cables is thus further reduced.
In Fig. 11 und Fig. 12 ist jeweils eine schematisch an¬ gedeutete elektrische Maschine 7 im Querschnitt zu erkennen. Neben einem Rotor R mit der Welle 31 ist hier der Aufbau aus dem Stator S und dem gekühlten Träger 18 als ein Teil dar¬ gestellt. Wie es aus den Darstellungen ersichtlich ist, kann sehr einfach eine Anpassung an den Durchmesser und damit typischerweise die Leistung der elektrischen Maschine 7 erfolgen. Dies wird über Polygone 27 unterschiedlichen Durchmessers und unterschiedlicher Zahl von Flächen 28 ermöglicht. So kann für eine elektrische Maschine 7 kleinen Durchmessers z.B. ein Polygon 27 mit sechs Flächen 28, für elektrische Maschine 7 großen Durchmessers ein Polygon 27 mit acht oder zwölf Flächen 28 benutzt werden. Auch Polygone 27 mit anderen Flächenzahlen sind selbstverständlich möglich. Durch den modularen Aufbau der Leistungselektronik können so, bei idealer Kühlung aufgrund der ebenen Auflägefläche, gleiche und damit in größeren Stückzahlen billiger herstell¬ bare (Leistungs-) Elektronik-Module 29 für verschiedene Bauformen und Größen von elektrischen Maschinen 7 eingesetzt werden.In FIGS. 11 and 12, a schematically indicated electrical machine 7 can be seen in cross-section. In addition to a rotor R with the shaft 31, the construction of the stator S and the cooled carrier 18 is shown here as a part. As can be seen from the illustrations, can very easily be adapted to the diameter and thus typically the performance of the electric machine. 7 respectively. This is possible via polygons 27 of different diameters and different numbers of surfaces 28. For example, for a small diameter electric machine 7, a polygon 27 having six faces 28, a large diameter electric machine 7, a polygon 27 having eight or twelve faces 28 may be used. Even polygons 27 with other surface numbers are of course possible. As a result of the modular design of the power electronics, identical (power) electronic modules 29 for different designs and sizes of electric machines 7 can be used, with ideal cooling due to the flat contact surface, and thus cheaper (in large quantities).
Das Polygon 27 kann dabei als Aufnahme für die (Leistungs-) Elektronik-Module 29 vom Stator und/oder dem Träger 18 für den Kondensator getrennt ausgeführt sein. Alternativ dazu kann jedoch auch der Stator bereits in seiner Außenkontur als Polygon 27 bzw. als polygoner Träger 18 mit zusätzlichen Kühlkanälen ausgeführt sein. Die Möglichkeit den Stator zu segmentieren bleibt hiervon unberührt. Wenn das Polygon 27 vom Stator trennbar ist, kann es vor der Montage des Stators mit der Leistungselektronik bestückt werden. Damit kann die gesamte Leistungselektronik geprüft werden, bevor der Stator montiert wird.The polygon 27 can be designed as a receptacle for the (power) electronics modules 29 separated from the stator and / or the carrier 18 for the capacitor. Alternatively, however, the stator may also be embodied in its outer contour as a polygon 27 or as a polygonal carrier 18 with additional cooling channels. The possibility of segmenting the stator remains unaffected. If the polygon 27 is separable from the stator, it can be equipped with the power electronics before mounting the stator. This allows the entire power electronics to be tested before the stator is mounted.
Der Träger 18 wird, wie bereits mehrfach erwähnt, gekühlt ausgeführt. Er kann dabei entweder in sich geschlossene Kühlkanäle aufweisen, oder die Flächen 28 des Polygons 27 können die Kühlkanale begrenzen. Wenn bei einem solchen Aufbau einzelne Flächen 28 des Polygons 27 unbenutzt beleiben, so sind dann natürlich Blindelemente zum Ver¬ schließen der dann nicht genutzten Öffnungen im Kühlkreislauf des Trägers 18 notwendig. Sind die Flächen 28 nun mit den (Leistungs-) Elektronik- Modulen 29 zusammen als ein Bauteil ausgebildet, kann man bei der Gestaltung der (Leistungs-) Elektronik-Module 29 deren spätere Kühlung sehr leicht beeinflussen. So können Flächen 28 mit einem hohen Kühlbedarf direkter und intensiver gekühlt werden, indem auf der dem Kühlmittel zugewandten Seite der zu kühlenden Fläche 28 Strukturen zur Verkleinerung des thermischen Übergangswiderstandes, z.B. in Form von Kühlrippen, etc., angeordnet werden. Flächen 28 mit einem geringeren Bedarf an intensiver Kühlung, werden dagegen solche Strukturen nicht aufweisen. Typischerweise werden die intensiver gekühlten Flächen 28 üblicherweise für die leistungselektronischen Bauelemente mit hoher Verlustleistungsdichte genutzt. Die weniger intensiv gekühlten Flächen 28 können für die indirekte Kühlung der Bauelemente mit geringerer Verlustleistungsdichte, z.B. Sensorik, Ansteuerung der Leistungselektronik, etc. genutzt werden. Eine Anpassung der Strukturen auf der dem Kühlmittel zugewandten Seite entsprechend der erwarteten Verlustleistungsdichte ist leicht möglich. Somit können Strukturen an Stellen mit geringer erforderlicher Kühl¬ leistung eingespart werden, was fertigungstechnische Vorteile und eine Verkleinerung des Strömungswiderstandes beim Kühlmitteldurchfluss mit sich bringt.The carrier 18 is, as already mentioned several times, carried out cooled. He may have either self-contained cooling channels, or the surfaces 28 of the polygon 27 may limit the cooling channels. If, in such a structure, individual surfaces 28 of the polygon 27 are unused, blind elements for closing the unused openings in the cooling circuit of the carrier 18 are of course necessary. If the surfaces 28 are now formed together with the (power) electronic modules 29 as one component, one can influence the subsequent cooling of the (power) electronics modules 29 very easily. Thus, surfaces 28 having a high cooling requirement can be cooled more directly and more intensively by arranging structures for reducing the thermal contact resistance, for example in the form of cooling fins, etc., on the side of the surface to be cooled 28 facing the coolant. However, areas 28 with less need for intensive cooling will not have such structures. Typically, the more intensively cooled surfaces 28 are commonly used for the high power dissipation power electronic devices. The less intensively cooled surfaces 28 can be used for the indirect cooling of the components with a lower power loss density, eg sensor technology, control of the power electronics, etc. An adaptation of the structures on the side facing the coolant according to the expected loss power density is easily possible. Thus, structures can be saved in places with low cooling power required, which brings manufacturing advantages and a reduction of the flow resistance in the coolant flow with it.
Um die Verwendbarkeit von Gleichteilen bei der Auswahl der (Leistungs-) Elektronik-Module 29 weiter steigen zu können, kann das Polygon 28 auch verschieden lange Flächen 28 aufweisen, wie aus Fig. 10 ersichtlich. Durch die unterschiedliche Winkelteilung des Polygons 27, z.B. 6 Abschnitte über jeweils 40°und 6 Abschnitte über jeweils 20°, können auch bei kleineren elektrischen Maschinen 7 zumindest einige Flächen 28 erreicht werden, welche ausreichend Raum für beispielsweise einen der Brückenzweige 12 bieten.In order to further increase the usability of common parts in the selection of the (power) electronic modules 29, the polygon 28 can also have surfaces 28 of different lengths, as shown in FIG. 10. Due to the different angular pitch of the polygon 27, for example, 6 sections over each 40 ° and 6 sections over 20 °, even with smaller electric machines 7 at least some areas 28 are reached which provide sufficient space for, for example, one of the bridge branches 12.
Die beengten Platzverhältnisse bei der Integration der elektrischen Maschine 7 in die Wandlerglocke 4 muss eine möglichst ideale Ausnutzung des vorhandenen vorgegebenen Bauraum erreicht werden. Eine Möglichkeit der Bauraum¬ ausnutzung ist in Fig. 13 dargestellt. Unter der schrägen Bauraumbegrenzung 32 durch die Wandlerglocke 4 (hier nicht dargestellt) wird der flache Teil der Leistungselektronik, d.h. das Keramiksubstrat 33 mit den gebondeten Chips (Schalter 10 und Dioden 11) , soweit wie möglich unter der Schräge positioniert und die dazugehörige Elektronik zur Ansteuerung sowie die GDU 14 in einer oder mehreren axial zur elektrischen Maschine 7 verkürzten und/oder versetzten darüber liegenden Schichten 34 an die Schräge 32 angepasst. Die Schichten 34 können dabei auch teilweise über dem Kondensator 9 zu liegen kommen. Dies kann zu einer erhöhten Länge der Ansteuerleitungen aufgrund fehlender Überdeckung von Substrat und Ansteuerelektronik führen, spart jedoch Raum.The cramped space conditions in the integration of the electric machine 7 in the converter bell 4 a possible ideal utilization of the existing given space must be achieved. One possibility of using space is shown in FIG. 13. Under the sloping space restriction 32 through the transducer bell 4 (not shown here), the flat portion of the power electronics, i. the ceramic substrate 33 with the bonded chips (switch 10 and diodes 11), positioned as far as possible under the slope and the associated electronics for driving and the GDU 14 in one or more axially to the electric machine 7 shortened and / or offset overlying layers 34th adapted to the slope 32. The layers 34 may also come to lie partially over the capacitor 9. This can lead to an increased length of the control lines due to lack of coverage of substrate and control electronics, but saves space.
Alles in allem wird durch die sehr kompakte Integration und die unmittelbare Nachbarschaft von Kondensator 9 und (Leistungs-) Elektronik-Modulen 29 die Länge der Anschluss- leitungen bei den hier dargestellten Aufbauten jedoch kurz gehalten. Das Auftreten von induktiv bedingten Spannungs- spitzen kann somit auf ein absolutes Minimum reduziert werden. All in all, due to the very compact integration and the immediate vicinity of capacitor 9 and (power) electronic modules 29, the length of the connecting lines in the structures shown here is kept short. The occurrence of inductively induced voltage peaks can thus be reduced to an absolute minimum.

Claims

Patentansprüche claims
1. Antriebsstrang für ein Fahrzeug, wobei zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe eine Wandlerglocke angeordnet ist, durch welche die Antriebswelle verläuft, und in welcher eine Kupplungseinrichtung und eine elektrische Maschine samt eines wenigstens einen Kondensator und Leistungselektronik umfassenden Umrichters integriert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (9) und die Leistungselektronik in radialer Richtung um den Außenumfang der elektrischen Maschine (7) verteilt zwischen dem Stator (S) der elektrischen Maschine (7) und der Wandlerglocke (4) angeordnet sind, wobei der Kondensator (9) und die Leistungselektronik in wärmeleitendem Kontakt zu der Kühlung des Stators (S) der elektrischen Maschine angeordnet sind.A drive train for a vehicle, wherein between a combustion engine and a transmission, a converter bell is arranged, through which the drive shaft extends, and in which a coupling device and an electrical machine, including at least one capacitor and power electronics comprehensive converter are integrated, characterized in that the capacitor (9) and the power electronics in the radial direction around the outer circumference of the electric machine (7) distributed between the stator (S) of the electric machine (7) and the converter bell (4) are arranged, wherein the capacitor (9) and the Power electronics are arranged in heat-conducting contact with the cooling of the stator (S) of the electric machine.
2. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (9) und die Leistungselektronik zusammen mit Elektronik zur Ansteuerung der Leistungselektronik in wenigstens zwei Schichten (34) übereinander ausgebildet sind, wobei die Schichten (34) in axialer Richtung der elektrischen Maschine (7) unterschiedliche Abmessungen aufweisen und/oder versetzt zueinander angeordnet sind.2. Drive train according to claim 1, characterized in that the capacitor (9) and the power electronics together with electronics for controlling the power electronics in at least two layers (34) are formed one above the other, wherein the layers (34) in the axial direction of the electric machine ( 7) have different dimensions and / or offset from one another.
3. Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (9) auf einem ringförmigen Bereich des Stators (S) oder der Kühlung des Stators (S) angeordnet ist.3. Drive train according to claim 1 or 2, characterized in that the capacitor (9) on an annular region of the stator (S) or the cooling of the stator (S) is arranged.
4. Antriebsstrang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (S) oder die Kühlung des Stators (S) einen in axialer Richtung der elektrischen Maschine (7) neben dem ringförmigen Bereich liegenden polygonen Bereich (27) aufweist, wobei zumindest auf einigen der ebenen Flächen (28) des polygonen Bereichs (27) die Leistungselektronik angeordnet ist.4. Drive train according to claim 3, characterized in that the stator (S) or the cooling of the stator (S) in the axial direction of the electric machine (7) adjacent to the annular region lying polygonal region (27), wherein at least some the planar surfaces (28) of the polygonal region (27), the power electronics is arranged.
5. Antriebsstrang nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der polygone Bereich (27) Flächen (28) unter¬ schiedlicher Kantenlänge aufweist.5. Drive train according to claim 3 or 4, characterized in that the polygonal region (27) has surfaces (28) of different edge length.
6. Elektrische Maschine für ein Fahrzeug, insbesondere zur Integration in einen Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die elektrische Maschine zumindest als Fahrmotor nutzbar ist, und wobei die Ansteuerung derselben mittels eines wenigstens einen Kondensator und Leistungselektronik umfassenden Umrichters erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik des Umrichters (8) in radialer Richtung um den Außenumfang der elektrischen Maschine (7) verteilt angeordnet ist und der Kondensator (9) in radialer Richtung um den Außenumfang der elektrischen Maschine (7) verläuft, wobei der Kondensator (9) um den Umfang des Kondensators (9) verteilt mehrere zumindest teilweise Unterbrechungen (22) aufweist.6. Electrical machine for a vehicle, in particular for integration into a drive train according to one of claims 1 to 5, wherein the electric machine is at least usable as traction motor, and wherein the control thereof by means of at least one capacitor and power electronics comprehensive converter, characterized in that the power electronics of the converter (8) are distributed in the radial direction around the outer circumference of the electrical machine (7) and the capacitor (9) extends in the radial direction around the outer circumference of the electric machine (7), wherein the capacitor (9) distributed over the circumference of the capacitor (9) has a plurality of at least partially interruptions (22).
7. Elektrische Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (9) und die Leistungselektronik mit einer Kühlung des Stators (S) der elektrischen Maschine (7) in wärmeleitendem Kontakt steht.7. Electrical machine according to claim 6, characterized in that the capacitor (9) and the power electronics with a cooling of the stator (S) of the electric machine (7) is in heat-conducting contact.
8. Elektrische Maschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Kondensator (9) in mehrere Teilelemente (9a,9b,.„) unterbrochen ist, wobei die Teilelemente (9a, 9b,...) über eine elektrisch leitenden Verschienung (23) kontaktiert sind.8. Electrical machine according to claim 6 or 7, characterized in that the entire capacitor (9) in a plurality of sub-elements (9a, 9b ,. ") is interrupted, wherein the sub-elements (9a, 9b, ...) via an electrically conductive Busbar (23) are contacted.
9. Elektrische Maschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Schoopschichten (21) des Kondensators (9) an dessen axialen Seitenflächen ausgebildet sind und um den Umfang verteilt mehrmals jeweils mit in radialer Richtung verlaufenden vollständigen Unterbrechungen (22) versehen sind, wobei die einzelnen Bereich (21a, 21b, ...) der Schoopschichten (21) über eine elektrisch leitenden Verschienung (23) kontaktiert sind.9. Electrical machine according to claim 6 or 7, characterized in that Schoopschichten (21) of the capacitor (9) are formed on the axial side surfaces and distributed around the circumference several times each with extending in the radial direction complete interruptions (22), wherein the individual regions (21a, 21b,...) of the Schoop layers (21) are contacted via an electrically conductive busbar (23).
10. Elektrische Maschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Schoopschichten (21) des Kondensators (9) an dessen axialen Seitenflächen ausgebildet sind und um den. Umfang verteilt mehrmals teilweisen Unterbrechungen (22) versehen sind, wobei jeweils wenigstens drei der teilweisen Unterbrechungen (22) so gruppiert sind, dass die Schoopschichten (21) in diesem Bereich eine mäander- förmige Ausgestaltung annehmen.10. Electrical machine according to claim 6 or 7, characterized in that Schoopschichten (21) of the capacitor (9) are formed on the axial side surfaces and to the. Circumference distributed several times partial interruptions (22) are provided, wherein at least three of the Partial interruptions (22) are grouped so that the Schoopschichten (21) assume a meander-shaped configuration in this area.
11. Elektrische Maschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschienung (23) Längenausgleichselemente (24) mit sich im wesentlichen in axialer Richtung der elektrischen Maschine (7) erstreckenden Abschnitten (26) aufweist, welche axial versetzt zur Verschienung (23) die elektrische Verbindung der Einzelbereiche der Ver¬ schienung (23) sicherstellen.11. Electrical machine according to claim 8 or 9, characterized in that the busbar (23) length compensation elements (24) having substantially in the axial direction of the electric machine (7) extending portions (26) axially offset from the busbar (23 ) ensure the electrical connection of the individual areas of the Ver¬ (23).
12. Elektrische Maschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschienung (23) Längenausgleichselemente (24) mit sich im wesentlichen in radialer Richtung der elektrischen Maschine (7) erstreckenden Abschnitten (26) aufweist, welche radial versetzt zur Verschienung (23) die elektrische Verbindung der Einzelbereiche der Verschienung (23) sicherstellen.12. Electrical machine according to claim 8 or 9, characterized in that the busbar (23) length compensation elements (24) with substantially in the radial direction of the electric machine (7) extending portions (26) which radially offset from the busbar (23 ) ensure the electrical connection of the individual areas of the busbar (23).
13. Elektrische Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Längenausgleichselemente (24) in die Bereiche zwischen den Teilelementen (9a, 9b, ...) erstrecken.13. Electrical machine according to claim 12, characterized in that extend the length compensation elements (24) in the areas between the sub-elements (9a, 9b, ...).
14. Elektrische Maschine nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Längenausgleichselemente (24) der Verschienung (23) in denselben Bereichen des Kondensators (9) angeordnet sind, wie dessen zumindest teilweise Unterbrechungen (22) . 14. Electrical machine according to claim 11, 12 or 13, characterized in that the length compensation elements (24) of the busbar (23) in the same areas of the capacitor (9) are arranged, as its at least partial interruptions (22).
15. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 11 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass' der elektrische Kontakt zwischen der Verschienung (23) und der Leistungselektronik im Bereich der Längenausgleichselemente (24) angeordnet ist.15. Electrical machine according to one of claims 11 to 14, characterized in that 'the electrical contact between the busbar (23) and the power electronics in the region of the length compensation elements (24) is arranged.
16. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (9) von einem umlaufenden Spannband (19) unter Vorspannung auf dem Stator (S) gehalten ist.16. Electrical machine according to one of claims 6 to 15, characterized in that the capacitor (9) by a circumferential clamping band (19) is held under prestress on the stator (S).
17. Elektrische Maschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannband (19) aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet ist, wobei es zumindest gegenüber einem Pol des Kondensators (9) elektrisch isoliert ist.17. Electrical machine according to claim 16, characterized in that the clamping band (19) is formed from an electrically conductive material, wherein it is at least to one pole of the capacitor (9) electrically insulated.
18. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (9) auf einem ringförmigen Bereich des Stators (S) oder der Kühlung des Stators (S) angeordnet ist.18. Electrical machine according to one of claims 6 to 17, characterized in that the capacitor (9) on an annular region of the stator (S) or the cooling of the stator (S) is arranged.
19. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (S) oder die Kühlung des Stators (S) einen in axialer Richtung der elektrischen Maschine (7) neben dem Kondensator (9) liegenden polygonen Bereich (27) aufweist, wobei zumindest auf einigen der ebenen Flächen (28) des polygonen Bereichs (27) Leistungs¬ elektronik angeordnet ist. 19. Electrical machine according to one of claims 6 to 18, characterized in that the stator (S) or the cooling of the stator (S) in the axial direction of the electric machine (7) adjacent to the capacitor (9) lying polygonal region (27 ), wherein at least on some of the flat surfaces (28) of the polygonal region (27) Leistungs¬ electronics is arranged.
20. Elektrische Maschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der polygone Bereich (27) Flächen (28) unter¬ schiedlicher Kantenlänge aufweist.20. Electrical machine according to claim 19, characterized in that the polygonal region (27) has surfaces (28) of different edge length.
21. Elektrische Maschine nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Flächen (28) des polygonen Bereichs (27) mit zunehmendem Durchmesser der elektrischen Maschine (7) ansteigt.21. Electrical machine according to claim 19 or 20, characterized in that the number of surfaces (28) of the polygonal region (27) increases with increasing diameter of the electric machine (7).
22. Elektrische Maschine nach Anspruch 19, 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die der Leistungselektronik abgewandte Seite der Flächen (28) des polygonen Bereichs (27) mit einer Kühlflüssigkeit in Kontakt steht.22. Electrical machine according to claim 19, 20 or 21, characterized in that the side facing away from the power electronics side of the surfaces (28) of the polygonal region (27) is in contact with a cooling liquid.
23. Elektrische Maschine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest einige der mit der Kühlflüssigkeit in Kontakt stehenden Flächen (28) Kühlrippen zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Fläche (28) und Kühlflüssigkeit aufweisen, wobei Ausgestaltung und/oder Vorhandensein der Kühlrippen in Abhängigkeit der durch die auf der jeweiligen Fläche (28) angeordnete Leistungs¬ elektronik erzeugten Verlustleistung vorgegeben ist.23. Electrical machine according to claim 22, characterized in that the at least some of the surfaces in contact with the cooling liquid (28) have cooling fins for improving the heat transfer between surface (28) and cooling liquid, wherein configuration and / or presence of the cooling fins in dependence the power loss generated by the power electronics arranged on the respective surface (28) is predetermined.
24. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der polygone Bereich (27) abnehmbar auf dem Stator (S) der elektrischen Maschine (7) ausgebildet ist.24. Electrical machine according to one of claims 19 to 23, characterized in that the polygonal region (27) is detachably formed on the stator (S) of the electric machine (7).
25. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 6 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (9) unmittelbar auf den Stator (S) oder die Kühlung des Stators (S) aufgewickelt ist. 25. Electrical machine according to one of claims 6 to 24, characterized that the capacitor (9) is wound directly onto the stator (S) or the cooling of the stator (S).
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